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石墨烯改性聚酰亞胺PI材料

點擊次數:725    發布日期:2022-09-28   本文鏈接:http://www.miribilla.net/news/980.html

石墨烯作為一種質量輕、韌性高、導電性好的碳元素為主的非金屬材料,其比表面積大、耐磨性好,在惰性空氣中溫度高達3 000 ℃,而且具有優良的阻燃性能和力學性能。PI中引入石墨烯,可改善復合材料的隔熱性能、阻燃性能、熱穩定性和力學性能。通常,復合材料的阻燃隔熱性能增強是由于石墨烯的加入會形成連續排列的炭化層,這種炭化層阻礙了熱量和氧氣的傳遞,從而起到了保溫隔熱的作用。

以均苯四甲酸二酐(PMDA)、多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI)為單體制備聚酰亞胺泡沫(PIF),然后加入石墨烯進行填充改性。將PMDA與甲醇溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中進行酯化反應,再分別加入三乙醇胺(TEOA)催化劑、二月桂酸二丁基錫、硅油、水攪拌均勻,得到的前驅體溶液為A組分;將不同含量的石墨烯與PAPI攪拌均勻得到的溶液為組分B;高速攪拌組分A和組分B的混合溶液,迅速倒入模具中自由發泡,*后進行高溫處理完成整個制備過程。隨著石墨烯含量的增加,PIF的熱穩定性和阻燃性能增強,石墨烯的含量為3.25%(w)時,極限氧指數(LOI)由純PIF的31.0%升至34.8%。

熱穩定性先升高后降低是由于石墨烯的高熱穩定性賦予了復合材料較好的熱穩定性,但含量過高又在一定程度破壞了基體與聚合物間良好的界面相容性和有序性,導致熱穩定性下降??箟簭姸认仍龃蠛鬁p小,石墨烯質量分數為1.98%時達到*大值。這是由于PIF的密度隨著石墨烯含量的增加而增大,泡沫密度越大,壓縮強度越大。同時,泡孔排列越緊密,PIF的硬度越大,抗壓強度越高,因此,加入高模量石墨烯顯著提高了泡孔壁的強度,從而提高了PIF的抗壓強度;但當石墨烯質量分數超過1.98%時,過量的石墨烯會發生團聚,從而使復合材料的抗壓強度降低。

通過引入水溶性PI,將易碎的還原氧化石墨烯(rGO)氣凝膠轉化為超柔性三維結構,制備了PI/rGO納米復合材料。隨著rGO的加入,復合材料的熱穩定性、柔韌性、機械彈性顯著提高,并且具有良好的塑性。由于rGO與PI之間強大的相互作用力,甚至壓縮應變達到90%的條件下,消除壓縮應力,復合材料可迅速回復到原來的形狀,沒有任何變形和損傷。

采用Hummmers法自制rGO,以PMDA、二氨基二苯醚(ODA)為原料,通過原位三步法制備了PI/rGO復合泡沫板。**步,制備了聚酰胺酸(PAA)/rGO溶液;第二步,將PAA/rGO溶液干燥得到PAA/rGO復合泡沫;第三步,使PAA完全亞胺化,得到PI/rGO復合泡沫。結果表明,隨著rGO含量的增加,泡沫材料的熱穩定性得到改善,同時具有優異的電磁干擾屏蔽性能,當試樣厚度為0.8 mm,電磁干擾屏蔽為75 dB·cm3/g;電導率隨rGO含量的增加而增大,rGO質量分數為16%時,PI/rGO復合泡沫的電導率*大,為0.8 S/m。

采用氧化石墨烯還原法制備了石墨烯,并采用溶液共混法制備了石墨烯增強PI復合材料。將石墨烯加入到PI溶液中,攪拌澆注在玻璃模具中,升溫固化冷卻脫模,得到PI/石墨烯復合材料,并研究了復合材料的力學性能。結果表明,隨著石墨烯含量的增加,復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度均呈先上升后下降的趨勢,當石墨烯質量分數為1.0%時,復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率*大,分別較純PI提高了149%,652%。



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